Amarant als spurenelementreiches Biogassubstrat: Dauererhebungen in Durchflussfermentern

Durch die einseitige Ernährung von Fermentern die ausschließlich mit Maissilage betrieben werden, können aufgrund des niedrigen Gehalts an Spurennährstoffen im Mais Mangelerscheinungen auftreten. Amarant hingegen zeichnet sich aus durch hohe Gehalte an den Spurenelementen Co, Ni und Na. Er könnte deswegen ggf. in der Lage sein, mais- oder getreidelastig betriebene Biogasanlagen zu stabilisieren, indem er ausreichend Mikronährelemente nachliefert.

Im Rahmen des Projekts sollte herausgefunden werden, ob und inwieweit sich durch die Zugabe von Amarant als Co-Substrat Spurenelementadditive ersetzen lassen. Daneben galt es zu untersuchen, ob die Spurennährstoffgehalte der Amarantlinien, die am TFZ züchterisch an heimische Standorte angepasst wurden, ausreichend hoch sind.

Um die langfristigen Effekte einer Amarantzugabe zu prüfen, wurden zur Untersuchung der Umsetzungsstabilität von Reinmais- und Mais-Amarant-Mischungen Durchflussfermenter mit und ohne Spurenelementadditiven betrieben. Die verwendeten Laborfermenter mit einem Nutzvolumen von je 40 L wurden dabei einmal täglich beschickt und kontinuierlich durchmischt. Die Amarantbiomasse stammte aus Züchtungslinien, die am TFZ anhand von Praxisversuchen entwickelt wurden. Biogasmenge, Zusammensetzung und die Daten der Temperaturführung wurden automatisch auf-gezeichnet. Die Mikro- und Makrobiologie in den Fermentern wurde während der gesamten Versuchslaufzeit durch ein neues, von Lebuhn et al. (2014) entwickeltes molekularbiologisches Frühwarnsystem untersucht, welches Hemmungen deutlich schneller anzeigt als nasschemische Parameter (Munk et al., 2014). Dadurch sollten Effekte der Spurenelementverarmung bzw. die potentielle Stabilisierung des Fermentationsprozesses durch Amarantsubstrat schnell erkannt werden.

Das Projekt der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Institut für Landtechnik und Tierhaltung (ILT) sowie der LfL-Abteilung Qualitätssicherung und Untersuchungswesen (AQU), war eng mit den Versuchen des TFZ zur züchterischen Verbesserung und Adaption von Amarant an hiesige Bedingungen verknüpft.

In den Durchflussversuchen ergaben sich nach 320 Versuchstagen keine Unterschiede im Methan-ertrag zwischen den Varianten. Die Fütterung mit Amarant führte allerdings zu einem voluminöseren Gärgemisch. Damit das Arbeitsvolumen konstant gehalten werden konnte, musste dieser Variante mehr Gärrest entnommen werden, worauf sich die durchschnittliche hydraulische Verweilzeit gegenüber den Kontrollen verkürzte. Dass das Gärgemisch in der Folge zunehmend vor allem an Kobalt verarmte entsprach nicht den Erwartungen, da über die Mais-Amarant Substratmischung mehr Kobalt geliefert wurde als über die reine Mais-Fütterung. Nach 360 Versuchstagen wurde zunächst ein verringerter Methanertrag in allen Fermentern festgestellt, bevor nach 520 bis 570 Versuchstagen alle Varianten das Abbruchkriterium erreichten (siehe Abbildung). Die prozesschemischen Untersuchungen ergaben stark versauerte Verhältnisse in allen Fermentern, wobei der Methanertrag als erstes bei der Variante mit Amarant sank – möglicherweise aufgrund der verkürzten Verweilzeit und den ungünstigeren Bedingungen für die Mikroorganismen. Das Vorhersagemodell wurde durch Spurenelementanalysen der Gärreste bestätigt und hat sich als bestens geeignet erwiesen. Es zeigte geringere Konzentrationen in der Mais-Amarant Substratmischung gegenüber den Gärresten ohne Amarant Anteil.

Da die Prozessstörungen und festgestellten Beobachtungen bei beiden Varianten nicht eindeutig einer mangelhaften Spurenelementversorgung zugeordnet werden können, sind tiefer gehende Untersuchungen hinsichtlich der Zusammensetzung der Amarantpflanze und ihrer Wirkung auf den Biogasprozess sowie der Verfügbarkeit der Spurenelemente aus der Pflanze erforderlich. Das betrifft auch die züchterischen Aktivitäten. Somit erscheint zum jetzigen Zeitpunkt eine abschließende Empfehlung zur Nutzung von Amarant als spurenelementreiches Biogassubstrat verfrüht.